CN112879349B - 一种进风装置、应用有该进风装置的风机系统和清洁机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种进风装置，包括进风部，其特征在于：所述进风部包括第一底板、第二底板以及设置在第一底板和第二底板周边的侧板组件，所述第一底板和第二底板相邻设置，侧板组件和各底板围成了敞口的风道，敞口处构成风道的进口，该进口位于各侧板远离各底板的一端；所述第一底板和第二底板均具有相对的第一端和第二端，所述第一底板和第二底板各自的第一端互相靠近并且各自的第二端互相远离，所述第二底板的第一端相对第一底板的第一端更为远离风道的进口，由此使得第二底板的第一端和第一底板的第一端之间形成台阶结构。还公开了一种应用有该进风装置的风机系统，以及应用有该风机系统的清洁机。

Description

一种进风装置、应用有该进风装置的风机系统和清洁机
技术领域
本发明涉及进风装置，应用有该进风装置的风机系统，以及应用有该风机系统的清洁机。
背景技术
风道是风机系统中的关键设计环节，不合理的风道设计甚至会造成风道内部积灰、积垢、发霉等问题，尤其是对于吸入水和灰尘比较多的时候。对于严重的会因未及时清理造成电路故障，风道设计的不合理会使用户负担许多不必要使用和维护成本，并导致风机效率低，噪音大，能耗大。
如申请号为201620032459.4的中国专利公开的一种涡流风机蜗壳，其壳腔的内壁与叶轮上的多个叶片之间留有环形空腔，在环形空腔的不同周向位置处分别设有通向外界的第一气道和第二气道，在位于第一气道与第二气道之间的部分环形空腔的内壁上设有用于对流经气流形成阻挡的隔离台阶；隔离台阶上设有多个凹陷结构。流经的漏气气流会在该凹陷结构处形成局部涡流，使泄漏气流的整体流速降低，由此降低了泄漏气流在流经叶片边缘与隔离台阶之间的狭窄间隙时所发出尖锐的噪音，同时，也会有效减少从高压区向低压区气体的泄漏量，不影响涡流风机的换风效率。
这种蜗壳，第一气道与第二气道之间的部分环形空腔的内壁上设有用于对流经气流形成阻挡的隔离台阶，台阶不在风道内，对来流影响不大，只是起到防止泄露左右，更不能对来流水雾进行处理。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种进风装置，不仅对水雾和灰尘进行拦截，还可以对来流气体进行加速，有效提升吸力。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述进风装置的风机系统。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种应用有上述风机系统的清洁机。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种进风装置，包括进风部，其特征在于：所述进风部包括第一底板、第二底板以及设置在第一底板和第二底板周边的侧板组件，所述第一底板和第二底板相邻设置，侧板组件和各底板围成了敞口的风道，敞口处构成风道的进口，该进口位于各侧板远离各底板的一端；所述第一底板和第二底板均具有相对的第一端和第二端，所述第一底板和第二底板各自的第一端互相靠近并且各自的第二端互相远离，所述第二底板的第一端相对第一底板的第一端更为远离风道的进口，由此使得第二底板的第一端和第一底板的第一端之间形成台阶结构。
为能够平顺气流的作用，使得来流处的微小漩涡在此脱落，使得水雾在此聚集后脱落，所述第二底板在靠近自身第一端的位置向远离进口的方向呈圆弧状的凸起。
为减少高频噪声，采用渐缩的通道，所述第二底板由第二端向第一端逐渐向远离进口的方向倾斜。
为便于出风，所述进风装置还包括出风部，所述出风部包括前盖板、后盖板和环壁，所述环壁连接在前盖板和后盖板之间，所述前盖板、后盖板和环壁共同限定了进风口，所述前盖板上开设有出风口，所述出风部内部通过进风口而与风道流体连通。
优选的，为减少高次波在风道内的传播，有利的，形成矩形风道进口，所述侧板组件包括第一侧板、第二侧板和第三侧板，所述第一侧板设置在第一底板的第二端，所述第二侧板和第三侧板分别设置在第一底板的两侧，所述第二侧板由第一底板的第二端和延伸到第二底板的第二端，所述第三侧板由第一底板的第二端延伸到第一底板的第一端并且超过第一底板的第一端，所述第二侧板和第三侧板同时也分别位于第一侧板的两端；所述前盖板连接到第二底板朝向第三侧板的一侧，所述后盖板则连接到第三侧板与第二底板相对的部分，所述环壁周向上的第一端连接到第一底板的第一端，所述环壁周向上的第二端则连接到第二底板的第二端和第三侧板之间；所述第二底板在第二侧板和第三侧板之间的宽度小于第一底板，使得第二底板和第三侧板之间具有一定的间隙，所述进风口形成在第一底板、第二底板和第三侧板之间的空间。
为避免在出风口处产生气流死角，加剧进气流的不平顺度，同时减少3阶以及更大阶次的高次波在通道内的传播，减少高频噪声在通道内传播，所述前盖板相对后盖板倾斜设置，所述前盖板与后盖板之间的夹角为α，并且α的取值范围在15～60°之间。
为便于对于气流整流，减少进气旋涡，加速旋涡的破碎。所述进风口的进风面积和进口的进风面积之比在1/3～1/4之间；所述出风口的进风面积和进风口的进风面积之比在1/2～2/3之间。
为有效减少进气流的死角，增加来流的平顺度，提升声品质，同时减少3阶以及更大阶次的高次波在通道内的传播，减少高频噪声在通道内传播，所述前盖板上形成有同心的第一圆环和第二圆环，所述第二圆环位于第一圆环的径向内侧，所述第一圆环由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板倾斜，所述出风口位于第二圆环的径向内侧。
为进一步减少3阶以及更大阶次的高次波在通道内的传播，减少高频噪声在通道内传播，所述前盖板上形成有同心的第一圆环和第二圆环，所述第二圆环位于第一圆环的径向内侧，所述第一圆环由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板倾斜，所述出风口位于第二圆环的径向内侧；所述前盖板在与第二底板连接处与后盖板之间的距离为D1，所述前盖板在远离第二底板处与后盖板之间的距离为D2，所述第一圆环的半径为R1，所述第二圆环的半径为R2，并且满足c*(D2/D1)2+1/c*(R1/R2)2＝1.2，c＝4～6。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有如上所述的进风装置的风机系统，还包括叶轮，其特征在于：所述叶轮设置在前盖板处，所述出风口构成叶轮的进风口。
为便于水滴从出风部内被甩出，而不进入叶轮内部，从而避免有叶轮被烧坏，同时又能起到整流降噪的作用，所述出风口呈圆形，以出风口的中心为坐标原点，以通过坐标原点的水平线为X轴、竖直线为Y轴，Z轴则分别与X轴、Y轴垂直，所述X轴正方向为朝向进风口，Y轴正方向向上，Z轴正方向向出风口远离出风部的一侧，此时第二底板的第二端呈水平，第一底板的Y轴坐标大于第二底板的Y轴坐标；所述前盖板上形成有同心的第一圆环和第二圆环，所述第二圆环位于第一圆环的径向内侧，所述第一圆环由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板倾斜，所述出风口位于第二圆弧的径向内侧，所述第一圆环的半径为R1，所述第二圆环的半径为R2，所述第一圆环的曲面方程为：z＝a+b*(x2+y2)，a＝R1/2、b＝R2*3。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种清洁机，其特征在于：应用有如上所述的风机系统。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在风道内形成台阶状的结构，一方面可以对水雾和灰尘进行拦截，另一方面可以对来流气体进行加速，有效提升吸力；通过在台阶状结构相邻处形成圆弧状的凸起，更是起到了平顺气流的作用，使得来流处的微小漩涡在此脱落，使得水雾在此聚集后脱落，起到了保护后续叶轮的作用；通过形成矩形的风道进口，减少高次波在风道内的传播，风道的设计使得风机产生的高频噪声不会传向前端，从而改善声品质，提升用户体验。
附图说明
图1为本发明实施例的风机系统的示意图；
图2为本发明实施例的风机系统的分解结构示意图；
图3为本发明实施例的风机系统的剖视图；
图4为本发明实施例的风机系统的进风装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的风机系统的进风装置的结构示意图；
图6为本发明实施例的风机系统的进风装置的剖视图；
图7为本发明实施例的风机系统的进风装置的进风口正面示意图；
图8为本发明实施例的风机系统的进风装置的侧视图；
图9为本发明实施例的风机系统的进风装置的出风口正面示意图；
图10为本发明实施例的风机系统的进风装置的侧视图；
图11为本发明实施例的风机系统的进风装置与现有技术的进风装置的噪声对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
参见图1～3，一种风机系统，包括进风装置1、叶轮2、用于驱动叶轮2旋转的电机3以及出风罩4，在本实施例中，叶轮2为离心叶轮。出风罩4设置在叶轮2的外周，出风罩4在本实施例中呈中空的筒状，其远离进风装置1的一侧敞口，从而便于叶轮2将气流排出。本发明的风机系统可用于清洁机、空气净化器等需要动力装置的场合。清洁机是指拖地机或扫地机。
参见图4～图6，进风装置1包括进风部11和出风部12，进风部11包括第一底板111、第二底板112和侧板组件，在本实施例中，侧板组件包括第一侧板113、第二侧板114和第三侧板115。第一底板111具有相对的第一端和第二端，其第一端与出风部12连接。第二底板112同样具有相对的第一端和第二端，第二端与出风部12连接，第一端则连接到第一底板111与出风部12连接处。上述的第一侧板113连接在第一底板111的第二端，第二侧板114和第三侧板115分别设置在第一底板111的两侧，同时也位于第二底板112的两侧，第二侧板114由第一底板111的第二端和延伸到第二底板112的第二端，第三侧板115由第一底板111的第二端延伸到第一底板111的第一端并且超过第一底板111的第一端。第二侧板114和第三侧板115同时也分别位于第一侧板113的两端。
第二底板112在第二侧板114和第三侧板115之间的宽度小于第一底板111，使得第二底板112和第三侧板115之间具有一定的间隙。各侧板和各底板围成了敞口的风道Q1，敞口处构成风道Q1的进口116，该进口116位于各侧板远离各底板的一端。进口116呈矩形。
上述的进风部11和出风部12一体成型，进风部11和出风部12内部共同构成供气流或液流通过的通道(可能会在气流或液流中夹杂固体杂质)。出风部12包括前盖板121、后盖板122和环壁123，前盖板121连接到第二底板112朝向第三侧板115的一侧，后盖板122则连接到第三侧板115与第二底板112相对的部分，环壁123连接在前盖板121和后盖板122之间。环壁123周向上的第一端连接到第一底板111的第一端，环壁123周向上的第二端则连接到第二底板112的第二端和第三侧板115之间。前盖板121、后盖板122和环壁123共同限定了进风口124，即上述进风部11的第一底板111、第二底板112和第三侧板115之间的空间。前盖板121上开设有出风口125。叶轮2设置在前盖板121处，上述出风口125构成叶轮2的进风口。出风部12内部通过进风口124与风道Q1流体连通。
前盖板121、后盖板122和环壁123的型线可以为圆形，更为优选的为螺旋型，进风口124形成在环壁123周向上的两个端部之间(即上述分别与第一底板111和第二底板112连接的端部)。进风部11的各侧板和出风部12分别在进风部11的各底板相对的两侧延伸，如图5所示的，各侧板在底板的上方，而出风部12则在底板的下方。
参见图4，出风口125呈圆形，以出风口125的中心为坐标原点O，以通过坐标原点O的水平线为X轴、竖直线为Y轴，Z轴则分别与X轴、Y轴垂直，出风口125朝向出风部12外的平面可以位于XY平面上。X轴正方向为朝向进风口124，Y轴正方向向上，Z轴正方向向出风口125远离出风部12的一侧。此时，第二底板112的第二端呈水平，第一底板111的Y轴坐标大于第二底板112的Y轴坐标。
第二底板112的第一端靠近环壁123周向上的第一端，并且第二底板112的第一端相对第一底板111的第一端更为远离风道Q1的进口116，由此使得第二底板112的第一端和第一底板111的第一端之间形成台阶结构117。台阶状的结构一方面可以对水雾和灰尘进行拦截，另一方面可以对来流气体进行加速，有效提升吸力。第二底板112在靠近其自身第一端的位置向远离进口116的方向呈圆弧状的凸起118，更是起到了平顺气流的作用，使得来流处的微小漩涡在此脱落，使得水雾在此聚集后脱落，起到了保护叶轮2的作用。凸起118的半径Ra＝1/4Rc，Rc为出风口125半径。
参见图7，上述的风道Q1的横截面呈大致的矩形，对于矩形风道，噪音在风道里传播的主要方式是压力脉动的变化：
也就是只有
Figure BDA0002900448080000051
才能在z轴进行传播，小于临界点频率时，为平面波。
为了不产生高次波
Figure BDA0002900448080000052
需要满足
Figure BDA0002900448080000053
其中Lx、Ly分别为风道长边和短边，
Figure BDA0002900448080000054
是在风道内传播的噪声频率，c0是声速。在本实施例中，Lx为第二侧板114或第三侧板115的长度，Ly为第一侧板113的长度。
也就是说，矩形风道的边长需要小于一定值，对于高转速电机来说，高频噪声源主要是叶片拍打空气的旋转噪声，高频噪声集中在叶片附近，离叶片较远的距离高频噪音较小。因此采用渐缩风道，也就是风机入口处的进风面积最小，最外侧的矩形风道截面积最大。在本实施例中，表现为第二底板112由第二端向第一端逐渐向远离进口116的方向倾斜，同时进风口124的进风面积小于进口116的进风面积。由于第二底板112由第二端向第一端逐渐向远离进口116的方向倾斜，即形成风道Q1变截面设计，由此会导致气流分离，形成气流死角，容易产生涡流。而上述圆弧形的凸起118能够减少气流死角，能够有效地降低涡流的产生。进风口124处沿着第三侧板115一侧的距离为L1，优选的，L1/Lx＝0.2～0.4。
本发明的进风装置，适用于混合多相流工况下使用，台阶结构117居于风道Q1中，不仅可以避免风道噪声和叶轮2噪声叠加，还可以使得进口118的水雾在此聚集后脱落，避免水雾进入后端叶轮2，起到了保护叶轮2的作用。
参见图7和图8，在出风口125处，简单的变截面会产生气流死角，从而会更加加剧进气流的不平顺度，影响叶轮2正常工作。因此，使得前盖板121相对后盖板122倾斜设置，前盖板121与后盖板122之间的夹角为α，并且α的取值范围在15～60°之间。前盖板121上形成有同心的第一圆环1211和第二圆环1212，其中，第二圆环1212位于第一圆环1211的径向内侧。第一圆环1211由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板122倾斜，出风口125位于第二圆环1212的径向内侧。第二圆环1212靠近叶轮2的进气流(出风口125即为叶轮2的进风口)，可以有效减少进气流的死角，增加来流的平顺度，提升声品质。第一圆环1211的半径为R1，第二圆环1212的半径为R2。
由于前盖板121相对后盖板122的倾斜，使得从进风口124向出风口125流道逐渐缩减。第二底板112的倾斜设置导致的流道缩小。进风口124的进风面积和进口116的进风面积之比在1/3～1/4之间；出风口125进风面积和进风口124的进风面积之比在1/2～2/3之间，有利于对于气流整流，减少进气旋涡，加速旋涡的破碎。
参见图9和图10，前盖板121在与第二底板112连接处与后盖板122之间的距离为D1，前盖板121在远离第二底板112处与后盖板122之间的距离为D2，并且满足c*(D2/D1)2+1/c*(R1/R2)2＝1.2，c＝4～6。通过前盖板121的倾斜设置以及第一圆环1211的倾斜设置，使得离叶轮2的叶片最近距离处进风面积最小，可以减少3阶以及更大阶次的高次波在通道内的传播，减少高频噪声在通道内传播。
第一圆环1211的曲面方程(坐标为上文所述坐标系)为：z＝a+b*(x2+y2)，a＝R1/2、b＝R2*3。这种设计有利于水滴被甩出，而不进入叶轮2内部，从而避免有叶轮2被烧坏，也起到了整流降噪的作用。该曲面方程是抛物线曲面，由于抛物面的焦点在叶轮2外侧，来流的水雾会被被引导到焦点处，从而不进入叶轮2。这种外凸形曲面有利于来流气体中水滴的甩出。
参见图11，经过本发明优化后的进风装置与现有技术的进风装置的对比，其中，横坐标为噪声频率，纵坐标为噪声分贝，每个频率处左侧柱状体为现有技术、右侧柱状体为本发明的进风装置。可以看到，本发明的进风装置的高频噪声明显降低。
本发明所称的“流体连通”是指两个部件或部位(以下统一分别称为第一部位、第二部位)之间的空间位置关系，即流体(气体、液体或两者的混合)能从第一部位沿着流动路径流动或/和被运送到第二部位，可以是所述的第一部位、第二部位之间直接相连通，也可以是第一部位、第二部位之间通过至少一个第三者间接连通，该第三者可以是诸如管道、通道、导管、导流件、孔、槽等流体通道、也可以是允许流体流过的腔室或以上组合。

Claims (11)

1.一种进风装置，包括进风部(11)，其特征在于：所述进风部(11)包括第一底板(111)、第二底板(112)以及设置在第一底板(111)和第二底板(112)周边的侧板组件，所述第一底板(111)和第二底板(112)相邻设置，侧板组件和各底板围成了敞口的风道(Q1)，敞口处构成风道(Q1)的进口(116)，该进口(116)位于各侧板远离各底板的一端；所述第一底板(111)和第二底板(112)均具有相对的第一端和第二端，所述第一底板(111)和第二底板(112)各自的第一端互相靠近并且各自的第二端互相远离，所述第二底板(112)的第一端相对第一底板(111)的第一端更为远离风道(Q1)的进口(116)，由此使得第二底板(112)的第一端和第一底板(111)的第一端之间形成台阶结构(117)。
2.根据权利要求1所述的进风装置，其特征在于：所述第二底板(112)在靠近自身第一端的位置向远离进口(116)的方向呈圆弧状的凸起(118)。
3.根据权利要求1所述的进风装置，其特征在于：所述第二底板(112)由第二端向第一端逐渐向远离进口(116)的方向倾斜。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的进风装置，其特征在于：所述进风装置还包括出风部(12)，所述出风部(12)包括前盖板(121)、后盖板(122)和环壁(123)，所述环壁(123)连接在前盖板(121)和后盖板(122)之间，所述前盖板(121)、后盖板(122)和环壁(123)共同限定了进风口(124)，所述前盖板(121)上开设有出风口(125)，所述出风部(12)内部通过进风口(124)而与风道(Q1)流体连通。
5.根据权利要求4所述的进风装置，其特征在于：所述侧板组件包括第一侧板(113)、第二侧板(114)和第三侧板(115)，所述第一侧板(113)设置在第一底板(111)的第二端，所述第二侧板(114)和第三侧板(115)分别设置在第一底板(111)的两侧，所述第二侧板(114)由第一底板(111)的第二端和延伸到第二底板(112)的第二端，所述第三侧板(115)由第一底板(111)的第二端延伸到第一底板(111)的第一端并且超过第一底板(111)的第一端，所述第二侧板(114)和第三侧板(115)同时也分别位于第一侧板(113)的两端；所述前盖板(121)连接到第二底板(112)朝向第三侧板(115)的一侧，所述后盖板(122)则连接到第三侧板(115)与第二底板(112)相对的部分，所述环壁(123)周向上的第一端连接到第一底板(111)的第一端，所述环壁(123)周向上的第二端则连接到第二底板(112)的第二端和第三侧板(115)之间；所述第二底板(112)在第二侧板(114)和第三侧板(115)之间的宽度小于第一底板(111)，使得第二底板(112)和第三侧板(115)之间具有一定的间隙，所述进风口(124)形成在第一底板(111)、第二底板(112)和第三侧板(115)之间的空间。
6.根据权利要求4所述的进风装置，其特征在于：所述前盖板(121)相对后盖板(122)倾斜设置，所述前盖板(121)与后盖板(122)之间的夹角为α，并且α的取值范围在15~60°之间。
7.根据权利要求6所述的进风装置，其特征在于：所述进风口(124)的进风面积和进口(116)的进风面积之比在1/3~1/4之间；所述出风口(125)的进风面积和进风口(124)的进风面积之比在1/2~2/3之间。
8.根据权利要求4所述的进风装置，其特征在于：所述前盖板(121)上形成有同心的第一圆环(1211)和第二圆环(1212)，所述第二圆环(1212)位于第一圆环(1211)的径向内侧，所述第一圆环(1211)由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板(122)倾斜，所述出风口(125)位于第二圆环(1212)的径向内侧。
9.一种应用有如权利要求4~7中任一项所述的进风装置的风机系统，还包括叶轮(2)，其特征在于：所述叶轮(2)设置在前盖板(121)处，所述出风口(125)构成叶轮(2)的进风口。
10.根据权利要求9所述的风机系统，其特征在于：所述出风口(125)呈圆形，以出风口(125)的中心为坐标原点(O)，以通过坐标原点(O)的水平线为X轴、竖直线为Y轴，Z轴则分别与X轴、Y轴垂直，所述X轴正方向为朝向进风口(124)，Y轴正方向向上，Z轴正方向向出风口(125)远离出风部(12)的一侧，此时第二底板(112)的第二端呈水平，第一底板(111)的Y轴坐标大于第二底板(112)的Y轴坐标；所述前盖板(121)上形成有同心的第一圆环(1211)和第二圆环(1212)，所述第二圆环(1212)位于第一圆环(1211)的径向内侧，所述第一圆环(1211)由径向外侧向径向内侧逐渐向后盖板(122)倾斜，所述出风口(125)位于第二圆环(1212)的径向内侧，所述第一圆环(1211)的半径为R1，所述第二圆环(1212)的半径为R2，所述第一圆环(1211)的曲面方程为：z=a+b*(x2+y2)，a=R1/2、b=R2*3。
11.一种清洁机，其特征在于：应用有如权利要求9或10所述的风机系统。
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